[科普中國]-功角

功角是反應(yīng)發(fā)電機穩(wěn)定運行及穩(wěn)定運行余量的重要標(biāo)志，在發(fā)電機進(jìn)相運行時，為防止發(fā)電機失穩(wěn)及觀測其穩(wěn)定余度，發(fā)電機功角的監(jiān)視是必要的，同時，也能為勵磁系統(tǒng)低勵限制的安全深度提供可靠依據(jù)

定義功角：y為內(nèi)功率因數(shù)角，d=y-j定義為功角。它表示發(fā)電機的勵磁電勢和端電壓之間相角差。功角d 對于研究同步電機的功率變化和運行的穩(wěn)定性有重要意義。功角是表征同步發(fā)電機運行狀態(tài)和判別電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要參量，多年來，功角的測量得到了廣泛的重視和深入的研究。

功角通常用希臘字母δ表示。是電動勢領(lǐng)先于電壓的角。

注意區(qū)分這幾個概念：功角、功率因數(shù)角、內(nèi)功率因數(shù)角。功角是勵磁電動勢領(lǐng)先于端電壓相量的角，通常用δ表示；功率因數(shù)角φ又叫外功率因數(shù)角，是電壓相量領(lǐng)先于電流相量的角；內(nèi)功率因數(shù)角ψ是電動勢領(lǐng)先于電流相量的角，就是φ+δ角。

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定只是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的兩種極端情形。電力系統(tǒng)潮流雅可比矩陣奇異，既是電壓穩(wěn)定臨界點，也是靜態(tài)功角穩(wěn)定臨界點。根據(jù)一般非線性方程組的極值分析原理，證明電力系統(tǒng)靜態(tài)功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的等價關(guān)系；基于潮流方程，引入電流輔助變量，提出電力系統(tǒng)分散綜合動態(tài)等值方法；利用潮流雅可比矩陣所包含的系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)信息，根據(jù)非線性電路的動態(tài)分析原理，建立電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定統(tǒng)一分析的動態(tài)分析方法；應(yīng)用復(fù)變電流(電壓)的方向微分，研究系統(tǒng)綜合動態(tài)等值阻抗與負(fù)荷靜態(tài)等值阻抗的關(guān)系，提出綜合評價電壓穩(wěn)定與靜態(tài)功角穩(wěn)定的電阻裕度指標(biāo)。電阻裕度是將負(fù)荷的極限功率單位化，同時將功率–角度特性曲線變換為功率–電阻裕度特性曲線。電阻裕度不僅是一個靈敏度指標(biāo)，還具有確定的非線性性質(zhì)。進(jìn)一步考慮注入系統(tǒng)功率的時間動態(tài)特性，有限地推廣了電阻裕度在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定與動態(tài)穩(wěn)定分析中的在線應(yīng)用價值。 1

測量方法經(jīng)典測量方法從原理上主要有兩大類。

一類是純電氣測量方法，即采集同步發(fā)電機的輸出電壓、電流或/和其他電氣量，進(jìn)而通過理論分析和計算來獲得功角。該類方法最簡化的情況就是基于穩(wěn)態(tài)公式或相量圖的解析計算法，它在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行且發(fā)電機的參數(shù)比較精確時，能比較準(zhǔn)確地計算出功角，而在系統(tǒng)暫態(tài)過程中，由于參數(shù)時變性、機組鐵心飽和等的影響，方法所依賴的解析公式不能成立，導(dǎo)致較大的計算誤差。

另一類方法需要借助非電量傳感器（包含光電或磁電變換）來實現(xiàn)測量。常見的作法是[1-4]，在轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置機械測點或測速齒輪，在轉(zhuǎn)子周圍安裝光電、電刷或電磁裝置，后者接收由前者產(chǎn)生的脈沖信號或其它與轉(zhuǎn)子位置或速度相關(guān)的量，進(jìn)而通過一定的變換來實現(xiàn)功角的測量（以下簡稱脈沖法）。脈沖法往往需要對發(fā)電機本體進(jìn)行不同程度的改造，工藝復(fù)雜，而且由于采用非電量傳感器，需借助于比較復(fù)雜的信號處理和誤差補償技術(shù)，以去除諸如機械加工誤差、信號傳輸延時、軸體扭振等導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性誤差；而且針對個案提出的方法很難適用于別的發(fā)電機，導(dǎo)致實現(xiàn)代價較大。

其他方法除了上述兩大類常見方法外，還有學(xué)者研究了一些很別致的測量方法，提出的應(yīng)用多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的映射功能，通過仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練并進(jìn)而用來測量發(fā)電機功角的方法，提出的通過分析機組端電壓的零序諧波分量來測量功角的方法，但這些方法的可靠性有待于在實際電力系統(tǒng)進(jìn)行驗證。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學(xué)